CN102969030A - 平面型精密二维微位移台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种平面型精密二维微位移台，属于超精密加工技术以及光电技术领域。本发明所述滑架水平方向的四个面每一个面上设有两个平行的光轴，X向的光轴设置在顶板上面的通孔内，光轴与顶板上通孔的孔壁之间设有直线导套，Y向的光轴设置在底座上面的通孔内，光轴与底座上的通孔的孔壁之间设有直线导套，在底座一侧的X向的中间位置安装有高精度测微头，顶板一侧的Y向的中间位置安装有高精度测微头。由于本发明的滑架使得X-Y向调整在同一平面内实现，减小了二维微位移调整装置的高度，简化了二维微位移调整装置的结构，增加了承受载荷，节省了制造成本。本发明主要用于超精密加工中的精确对刀，光电仪器的精密调整。
Description
技术领域
本发明涉及一种平面型精密二维微位移台，属于微位移台技术领域。
背景技术
精密微位移技术是精密机械、精密测量和精密仪器的关键技术之一。近年来随着超精密加工、微电子技术、航空宇航、生物工程等学科的快速发展而发展起来精密微位移技术在现代尖端工业生产和科研领域中占有及其重要的地位，其位移精度直接影响着超精密加工水平和精密测量水平，以及精密仪器的精度，例如在超精密加工中，要获得零件形状尺寸的高精度和加工表面的超光滑，除了必须拥有超精密的机床、高精度和高分辨率的检测仪器、高精度的金刚石刀具和超稳定的加工环境条件以外，还必须具备能够实现精确对刀以及位移误差补偿的精密微位移装置；在精密测量以及精密仪器中，微位移技术的应用更为广泛，光学调整、扫描隧道显微镜、微型零件的操作和装配等等，无不显示着精密微位移技术的重要性。
目前，常用的微位移装置主要有如下几种：
1) 电机+丝杠导轨副：传统的机械传动式微位移装置，应用最早也较为广泛。其结构方式主要是采用电机为驱动元件，以丝杠作为连接件，以滑动导轨作为支承平台。电机和丝杠的精度直接影响其传动精度性能，导轨的精度直接影响其直线度与承载能力。这种微位移装置从电机到刀具之间存在如联轴节、丝杠、螺母、轴承、导轨等一系列的中间环节，在运动过程中，这些中间环节引起的塑性变形、摩擦、反向间隙等都限制了定位精度的提高。
2) 基于压电陶瓷的微位移装置：这是一种利用压电陶瓷作为致动元件的微位移装置。与传统的丝杠导轨微位移装置相比，这种微位移装置具有更高的位移精度，同时具有响应速度高、功耗低等优点，因而受到广泛的关注和应用。但由于其柔性铰链结构形式的限制，这种微位移装置工作范围有限，通常在几微米到几十微米范围内，并且切向无承载能力，应用环境比较严格。
3) 直线电机：直线电机弥补了前两种微位移装置的不足，同时具有高的精度和大的行程。但是直线电机也存在着不足之处，主要体现在以下两个方面：第一、与同容量旋转电机相比，直线电机(主要是感应式直线电机)的效率和功率因数较小，尤其在低速时比较明显。这一方面是因为直线电机的初次级气隙一般都比旋转电机大，因此所需的磁化电流就较大，损耗增加；另一方面，由于直线电机初级铁心两端开断，产生了所谓的端部效应，从而引起波形畸变等问题，其结果也导致损耗增加。但从整个装置或系统来看，采用直线电机可省去中间传动装置，因此系统总效率往往还是比采用旋转电机要高。第二、直线电机特别是直线感应电机的起动推力受电源电压的影响较大，需采取有关措施保证电源的稳定或改变电机的有关特性来减少或消除这种影响。
截至目前，绝大多数实现二维位移精确调整的位移台都是通过一维位移台组合在一起实现精确位移调整，这样极大的增加了二维位移台的体积，特别是高度尺寸，很难应用在对空间尺寸要求严格的场合。综上所述，亟需研制一种既保证运动精度，又具有最小高度尺寸的新型位移台，以最小的体积实现超精密加工中精确对刀和光电仪器的两维精密定位。
发明内容
本发明的目的是提供一种高度尺寸极小，具有高刚度和高精度的平面型精密二维微位移台。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种平面型精密二维微位移台，包括：光轴、顶板、底座、弹簧、高精度测微头、锁紧套、滑架和直线导套，所述顶板和底座上下相对设置，顶板和底座之间形成一个空腔，滑架设置在所述空腔内，滑架水平方向的四个面每一个面上设有两个平行的光轴，X向的光轴设置在顶板上面的通孔内，光轴与顶板上通孔的孔壁之间设有直线导套，Y向的光轴设置在底座上面的通孔内，光轴与底座上的通孔的孔壁之间设有直线导套，在底座一侧的X向的中间位置安装有高精度测微头，高精度测微头与底座之间设有锁紧套，底座另一侧的中间位置安装有弹簧，X向的高精度测微头和弹簧设置在同一轴线上，顶板一侧的Y向的中间位置安装有高精度测微头，高精度测微头与顶板之间设有锁紧套，顶板另一侧的中间位置安装有弹簧，Y向的高精度测微头和弹簧设置在同一轴线上。
本发明具有以下优点：本发明X-Y向的位移调整位于同一平面内，解决了组合式二维位移调整装置带来的结构复杂、体积大、制造成本高的问题，安装简单方便。本发明中采用高精度Thorlabs高精度测微头与THK-LM直线导套，高精度测微头的精度为：行程：0~10mm，每分度5μm，灵敏度优于1μm，250μm/r。THK-LM直线导套是一种直线导轨，与带圆柱轴的 LM 轴配套使用，可进行摩擦阻力极小的直线运动，以提供高度精准和灵活的运动。X向以及Y向各四根光轴搭配四个直线导套，形成滚动副，具有较大的承载能力。本发明X向、Y向移动范围为±6mm。
附图说明
图1是本发明平面型精密二维微位移装置三维图；
图2 是平面型精密二维微位移调整装置主视图；
图3 是平面型精密二维微位移调整装置剖面图；
图4是 X-Y向移动部件三维示意图；
图5 是平面型精密二维微位移调整装置爆炸视图 。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1~图5所示，本实施例所涉及的一种平面型精密二维微位移台，包括：光轴1、顶板2、底座4、弹簧5、高精度测微头7、锁紧套9、滑架10和直线导套12，所述顶板2和底座4上下相对设置，顶板2和底座4之间形成一个空腔16，滑架10设置在所述空腔16内，滑架10水平方向的四个面每一个面上设有两个平行的光轴1，X向的光轴1设置在顶板2上面的通孔13内，光轴1与顶板2上通孔13的孔壁之间设有直线导套12，Y向的光轴1设置在底座4上面的通孔14内，光轴1与底座4上的通孔14的孔壁之间设有直线导套12，在底座4一侧的X向的中间位置安装有高精度测微头7，高精度测微头7与底座4之间设有锁紧套9，底座4另一侧的中间位置安装有弹簧5，X向的高精度测微头7和弹簧5设置在同一轴线上，顶板2一侧的Y向的中间位置安装有高精度测微头7，高精度测微头7与顶板2之间设有锁紧套9，顶板2另一侧的中间位置安装有弹簧5，Y向的高精度测微头7和弹簧5设置在同一轴线上。
所述顶板2的两侧设有与顶板连为一体的导套支撑板，导套支撑板的两侧设有通孔13，每个通孔13的外侧开有一通透的扁槽18，扁槽18处的导套支撑板设有用于紧固直线导套的螺钉一3。
所述底座4的两侧设有与底座连为一体的导套支撑板，导套支撑板的两侧设有通孔14，每个通孔14的外侧开有一通透的扁槽18，扁槽18处的导套支撑板设有用于紧固直线导套的螺钉一3。
所述X向的弹簧5设置在底座4的弹簧孔内，弹簧5的里端与滑架10相接触，弹簧5外端的底座4的弹簧孔内封堵有螺钉二6。
所述Y向的弹簧5设置在顶板2的弹簧孔内，弹簧5的里端与滑架10相接触，弹簧5外端的顶板2的弹簧孔内封堵有螺钉二6。
所述高精度测微头7与底座4之间的锁紧套9由螺钉三8锁紧。
所述高精度测微头7与顶板2之间的锁紧套9由螺钉三8锁紧。
所述光轴1的一端插入滑架10的安装孔内，由螺钉四11将光轴1固定在滑架10上。
X向的高精度测微头7通过螺钉三8压紧锁紧套9从而进行紧固，由X向的高精度测微头7与弹簧5实现滑架10的X向移动，Y向的高精度测微头7与弹簧5实现滑架10的Y向移动。
所述底座4上设有阶梯孔15，通过阶梯孔15可以采用螺钉把底座4固定在机床导轨或者光学仪器的底板上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种平面型精密二维微位移台，其特征在于，包括：光轴、顶板、底座、弹簧、高精度测微头、锁紧套、滑架和直线导套，所述顶板和底座上下相对设置，顶板和底座之间形成一个空腔，滑架设置在所述空腔内，滑架水平方向的四个面每一个面上设有两个平行的光轴，X向的光轴设置在顶板上面的通孔内，光轴与顶板上通孔的孔壁之间设有直线导套，Y向的光轴设置在底座上面的通孔内，光轴与底座上的通孔的孔壁之间设有直线导套，在底座一侧的X向的中间位置安装有高精度测微头，高精度测微头与底座之间设有锁紧套，底座另一侧的中间位置安装有弹簧，X向的高精度测微头和弹簧设置在同一轴线上，顶板一侧的Y向的中间位置安装有高精度测微头，高精度测微头与顶板之间设有锁紧套，顶板另一侧的中间位置安装有弹簧，Y向的高精度测微头和弹簧设置在同一轴线上。
2.根据权利要求1所述的平面型精密二维微位移台，其特征在于，所述顶板的两侧设有与顶板连为一体的导套支撑板，导套支撑板的两侧设有通孔，每个通孔的外侧开有一通透的扁槽，扁槽处的导套支撑板设有用于紧固直线导套的螺钉一。
3.根据权利要求1所述的平面型精密二维微位移台，其特征在于，所述底座的两侧设有与底座连为一体的导套支撑板，导套支撑板的两侧设有通孔,，每个通孔的外侧开有一通透的扁槽，扁槽处的导套支撑板设有用于紧固直线导套的螺钉一。
4.根据权利要求1所述的平面型精密二维微位移台，其特征在于，所述光轴的一端插入滑架的安装孔内，由螺钉四将光轴固定在滑架上。
5.根据权利要求1所述的平面型精密二维微位移台，其特征在于，所述X向的弹簧设置在底座的弹簧孔内，弹簧的里端与滑架相接触，弹簧外端的底座的弹簧孔内封堵有螺钉二。
6.根据权利要求1所述的平面型精密二维微位移台，其特征在于，所述Y向的弹簧设置在顶板的弹簧孔内，弹簧的里端与滑架相接触，弹簧外端的顶板的弹簧孔内封堵有螺钉二。
7.根据权利要求1所述的平面型精密二维微位移台，其特征在于，所述高精度测微头与底座之间的锁紧套由螺钉三锁紧。
8.根据权利要求1所述的平面型精密二维微位移台，其特征在于，所述高精度测微头与顶板之间的锁紧套由螺钉三锁紧。
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